齿轮传动微点蚀与热胶合竞争性失效机制研究

基于工程应用中微点蚀与热胶合随机发生现象,阐述了两种失效模式的损伤机理,分析了两者发生模式转变的关联规律,并提出了大扭矩宽速域传动齿轮微点蚀与热胶合竞争性失效机制的理念;在润滑油膜厚度和瞬时啮合温度计算方法的基础之上,建立了两者强度校核的统一评价准则,并基于试验测试,验证了本文中所采用技术原理的合理性与正确性,最终确定了18CrNiMo7-6与普通矿物油组合的抗微点蚀与抗胶合承载能力关联校核方法;同时,结合计算分析与试验测试,给出了热胶合发生的极限啮合温度,并通过油膜厚度和表面粗糙度的比较,推荐了微点蚀设计合理的最小安全系数. 基于本文所得结论,希望能为高功率密度、宽旋转速域齿轮传动的设计提供一种分析方法.      

齿轮胶合的试验研究及其监测技术

目前，有关防止齿轮胶合的设计计算方法已经不少，然而都没有反映齿轮是怎样从正常运转状态骤然转入胶合的突发性，因而不能起到有效地防止胶合发生的作用。人们一般认为，对于同种“油－材料”组合，齿轮胶合温度是一个不随运转条件而变化的常数，针对这种情况，在可以动态加载的ＤＣＳ－１５０型齿轮试验台上进行了齿轮胶合的试验研究，并对齿面温度和磨损粒子进行了监测。结果表明，胶合的发生是以肉眼明显可见的齿面擦伤为先导；发生胶合时的齿面温度不是常数，转速、扭矩、运转方式和供油量等都对胶合的发生有重要影响，并以转速为主要影响因素；初期胶合发生后，齿面温升速率、磨损烈度指数、磨损粒子尺寸和试验台的噪声及振动等都明显增大，但齿轮仍然可以在增大扭矩的情况下继续工作。由此可见，监测初期胶合发生对于防止更加严重的胶合及至咬死具有至关重要的意义。铁谱分析表明，初期胶合发生时，磨损烈度指数在１．５×１０３－２．５×１０３的范围，磨损粒子的尺寸大多在６０－８０μｍ之间，因此，利用铁谱技术可以有效地监测齿轮初期胶合的发生。     

GCr15轴承钢摩擦副的表面胶合失效研究

表面胶合失效是高速重载条件下滑动摩擦副的重要失效形式，尽管人们已对其进行了不少研究，然而不仅由于机理复杂，至今尚无公认的合理计算方法，而且由于试验条件和试验过程不同，有些试验结果是相互矛盾的。在影响表面胶合失效的诸多因素中，表面粗糙度和相对滑动速度都非常重要，因此，利用改装的ＭＨＫ５００型环。块磨损试验机在纯矿物油润滑下对ＧＣｒ１５轴承钢同材质摩擦副的表面胶合失效进行了试验研究，集中考察了表面粗糙度和相对滑动速度的影响，结果表明，摩擦副的抗胶合能力是随着相对滑动速度的提高而下降；摩擦副的表面粗糙度存在一个最佳值，其在此粗糙度下的抗胶合能力最强，而当提高或降低表面粗糙度时，摩擦副的抗胶合能力都下降。根据所获试验结果对文献报道的几种表面胶合失效理论模型的适用性作了详细分析，发现这些都不能解释本试验中所发生的各种胶合失效现象。因此，按照“发生塑性变形的微凸体之密度高到足以连成大片时就可能发生表面胶合失效”的设想，提出了一种新的表面胶合失效模型─—表面宏观塑变模型，认为表面胶合失效是摩擦副表面发生宏观塑性变形的结果．     

谐波齿轮传动减速器的固体润滑失效机理

在同型号的谐波轮传动减速器和相同的试验条件下，考察了不同固体润滑薄膜体系的润滑性能和磨损特性；结合试验后柔轮和刚轮的工作表面形貌和磨粒的分析，初步探讨了固体薄膜润滑下谐波减速器的磨损机理及其润滑失效机理，结果表明，谐波减速器齿轮磨擦副的润滑膜配伍是影响谐波减速器润滑状态和运行寿命的重要因素。在分析研究的基础上，提出了改进谐波减速器齿轮副固体润滑的设想，并且研制出在给定条件下适用的固体润滑薄膜体系。     

快速镍刷镀层在含磨粒的油润滑条件下的摩擦磨损性能研究

作者在含磨粒的油润滑条件下对快速镍刷镀层的摩擦磨损性能与45~#钢(淬火+低温回火)的进行了对比试验研究。结果表明,镍刷镀层不仅磨损量和摩擦系数始终都比45~#钢的小,而且它的稳定磨损阶段也长而未出现45~#钢那样明显加剧的磨损。作者指出,这主要是由于镍刷渡层组织所含微孔既可吸附和储存润滑油而起辅助润滑作用,又能使磨粒镶嵌于其中而减少磨粒磨损的缘故,而且随着摩擦温升其塑性也得到改善,因而快速镍刷镀层的摩擦磨损性能都比质地致密且硬度更高的45~#钢的好。     

渐开线齿轮传动非牛顿润滑介质的线弹流数值分析研究

采用适合各种流变模型的广义Reynolds方程，通过数值联立求解非牛顿介质的线弹流润滑基本方程组，获得了渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚、表面剪应力分布，并分析了啮合过程中非牛顿效应对齿轮传动最小油膜厚度的影响。在数值计算方向引入延拓方法，使表面煎应力迭代具有大范围收敛性。     

基于LCF-Kriging模型的结构多失效模式可靠度计算

针对多失效模式下结构体系可靠度计算中的代理模型构建成本与计算精度如何权衡的问题,论文以减小体系失效概率预测方差为出发点,推导出最大贡献函数(LCF-Largest Contribution Function)来识别对体系失效概率方差影响较大的样本.LCF函数可减少对体系失效概率方差影响较小区域内样本数量,进而提高代理模型的计算效率;通过置信水平和允许相对误差建立LCF函数的学习停止条件,能够保证已有样本信息不浪费.论文选取能够对多个功能函数联合构建的多输出Kriging模型作为代理模型,基于LCF-Kriging模型并结合MCS对体系可靠度进行计算,功能函数的相关性可通过各失效模式的逻辑关系予以考虑.数值算例表明,在适当的学习停止条件下,对于串联、并联和串并混联的结构体系可靠度评估,论文方法均能在计算精度和计算效率之间达到满意平衡.     

基于主动学习Kriging模型的结构多失效模式可靠度计算

对于具有多失效模式的结构可靠度计算问题,利用多输出Kriging模型作为代理模型进行分析。该代理模型只需对所有功能函数进行一次建模,无需对每个功能函数建立各自的代理模型,且在建模过程中能够考虑各失效模式之间的相关性。本文方法设定的初始样本点不仅对随机变量均值附近区域给予足够重视,而且能够兼顾设计空间的边缘区域,进而确保初始代理模型在全局空间内具有较好精度,以减少后续利用学习函数更新代理模型的次数。数值算例表明,本文方法具有较好的计算精度和较高的计算效率,当失效模式较多时,计算效率大幅提升。     

Al基含能结构材料的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

利用万能实验机和Hopkinson杆装置测试了Al基含能结构材料在不同温度下的静动态力学性能,分析实验结果得到了温度效应和应变率效应对材料力学性能的影响及该合金的Johnson-Cook本构模型参数.结合二维数字图像相关(DIC)方法,研究了Al基含能结构材料的失效应变与应力三轴度及温度之间的关系,得到了该合金的Johnson-Cook失效模型参数.通过平面撞击实验获得了Al基含能结构材料粒子速度和应力波波速之间的经验线性关系和该合金的Grüneisen系数.基于实验获得的材料本构关系和状态方程参数,完成了Al基含能结构材料超高速撞击多层间隔薄钢板的数值模拟,结果表明,数值模拟中靶板的毁伤模式、破孔直径及弹坑主要散布区和实验结果吻合.     

基于夏比冲击试验的材料失效模型参数

结合夏比冲击试验和ABAQUS显式动力数值模拟,对Q370d钢进行了Johnson-Cook失效模型参数研究。首先,在不考虑材料失效的情况下,通过3种不同厚度的无缺口试件冲击实验对有限元模型参数设置和材料本构模型的准确性进行了验证,同时还讨论了试件断裂区网格的合适尺寸;在此基础上,基于正交设计,通过大量的有限元数值模拟得到失效模型参数样本,利用回归分析求得冲击功与失效模型参数的回归方程组;最后结合夏比V型缺口冲击试验,求解Q370d钢的失效模型参数,并对断裂截面的力学特性进行了分析,可为工程应用提供参考。     

轴承钢早期胶合故障静电在线监测方法及试验

采用自制静电传感器进行润滑条件下轴承钢点接触滑动摩擦胶合故障在线监测试验研究.首先分析了磨损过程静电产生机理和静电感应原理,在此基础上设计研制了磨损区域静电传感器并进行轴承钢胶合故障试验,研究了磨损区域静电信号去噪方法,分析了载荷和转速对摩擦系数和静电信号的影响.研究结果表明:奇异值差分谱理论适用于静电信号去噪,取得了较好的效果;静电信号与摩擦系数同时监测到胶合的发生,具有一致性,并且静电在线监测技术能够在胶合故障发生前监测到异常,为视情维修提供支持;静电信号反映了4个阶段(磨合磨损,稳定磨损,早期胶合以及胶合阶段);在稳定磨损阶段,摩擦系数随载荷的增大而降低,随转速的升高而降低,静电信号均方根值随载荷的变化很小,随转速的升高而增大.     

用于模拟颗粒增强复台材料破坏过程的梁-颗粒细观模型的实验验证

本文的主要目的是验证梁－颗粒细观模型在模拟混凝土和砂岩类颗粒增强复合材料连续破坏过程的有效性。文中首先介绍了梁－颗粒细观数值模型的基本原理，然后给出了由细钢丝粘结成的正方体试件的单轴抗压实验结果，最后用梁－颗粒细观模型对物理实验进行了数值模拟。研究结果表明，物理实验和数值模拟所得到的试件破坏模式和荷载－位移曲线，两者基本一致。从而初步证明了梁－颗粒细观数值模型是模拟颗粒增强复合材料破坏过程，以及解释其损伤机理的一个有效工具。     

完整岩体卸荷破坏的模型试验研究

本文在真三轴应力状态下，采用三种与工程开挖对应的卸荷方式，对完整岩体模型试样进行了卸荷破坏试验．通过对试样在整个试验过程中的应力、应变及声发射等进行的量测，以期揭示岩体在工程卸荷条件下的变形破坏特征     

发动机气门—门座磨损失效机理实验研究

对发动机气门－门座的磨损失效进行了模拟实验研究,基于现代微观表面测试技术和摩擦学原理对气门－门座的磨损机理进行了探讨。研究结果表明：气门－门座接触表面的磨损失效是由于反复的弹、塑变形疲劳,亚表层的金属滑动、基体材料在高温下的蠕变滑动和腐蚀磨损等所致,这种失效呈片状疲劳裂纹和剥落特征。     

复合材料-金属毛化接头的失效预测模型

针对复合材料与金属连接的一种新型连接形式-毛化接头,建立了其在拉伸载荷作用下的失效模式与破坏载荷的宏-细观预测模型.首先根据毛刺的分布选择合适的代表体积元,建立毛刺层单胞模型,施加周期性边界条件,通过有限元分析得到毛刺层的平均刚度参数.其次,基于累积损伤理论预测毛刺层的单胞强度,分析毛刺层的失效机理.最后,将毛刺层的等效材料参数赋予接头整体模型,预测接头的抗拉强度及失效模式.预测结果与试验值吻合良好.分析结果表明,毛化接头的承载能力和失效模式与毛刺的密度高度、搭接面积等因素密切相关,通过参数设计可获得较高的承载能力.     

后加混凝土-砌体组合结构简化计算模型研究

后加混凝土构件的加固方法是在原有砌体结构外部新增钢筋混凝土构件,形成一种新型的组合结构．本文提出了考虑连接节点的后加混凝土构件-砌体组合结构的简化理论计算模型,并推导了不同构件的等效计算公式．考虑均布分布荷载和倒三角分布荷载作用,对组合结构的变形、剪力分配进行计算分析．计算结果从定性方面验证了本文提出的简化计算模型的可行性和有效性．同时针对某实际工程进行理论计算,与三维空间模型在弹性阶段的计算结果进行对比,从定量方面验证了本文提出的简化计算模型的准确性．     

含有初始凹陷圆柱壳稳定承载能力的实验研究与数值计算

对含有初始轴对称凹陷的圆柱壳在轴向载荷作用下的稳定承载能力进行了研究。首先,通过实验研究,得到了不同凹陷参数及不同壳长条件下的临界载荷。同时,不考虑凹陷成形过程,仅把凹陷部分当做结构的不规则变化时,对含有凹陷圆柱壳建立三维有限元模型进行稳定性分析。在分析中考虑了初始缺陷(圆柱壳成形加工中的不平直度、椭圆度、初始弯曲等因素引起)幅值f0=0.1t和f0=0.2t(t为壳体壁厚),得到了不同凹陷参数及不同壳长的临界载荷。结果表明:含有凹陷圆柱壳稳定承载能力对初始缺陷不太敏感,即:初始缺陷与凹陷相比,对稳定承载能力的影响极小。数值计算结果与实验结果吻合较好,共同给出了含有初始轴对称凹陷圆柱壳的承载能力随凹陷幅值、长度及圆柱壳长度的变化而改变的规律。     

油润滑下Cr2O3涂层的摩擦磨损性能研究

作者利用环-块试验机研究了氧化铬(Cr_2O_3)涂层在含添加剂的油润滑条件下的摩擦磨损性能,发现油酸乙二醇酯具有良好的减摩效果,但没有抗磨性;硫化异丁烯没有减摩抗磨作用;磷酸三丁酯没有减摩效果,但具有明显的抗磨作用。磨损表面的形貌和组成分析结果表明,磷酸三丁酯的抗磨性可归因于摩擦化学反应膜的形成,而硫化异丁烯没有抗磨性,这应归因于它(及其分解产物)与Cr_2O_3涂层之间不存在摩擦化学反应。     

基于新弹塑性模型全程模拟金属疲劳失效

金属材料疲劳失效问题是工程中一类主要问题,选择合理的材料本构关系对于准确确定疲劳失效强度至关重要．本文提出一个简单形式的自由光滑新弹塑性模型,该模型在不涉及通常的屈服条件以及加卸载条件的意义上完全自由,避免了模量间断问题,且比经典模型更简单、更符合实际．结果表明,该模型可直接模拟金属材料在循环加载下直至疲劳破坏的全过程,不涉及任何损伤变量以及人为假设的失效判据,特别地,可直接模拟金属材料的高周、低周疲劳直至最终失效破坏行为．应用P92钢的相关实验数据,给出了循环加载下的数值模拟结果,结果表明,在各种加载-卸载循环情形下,随着应力幅值的增大,疲劳失效循环数减少,这与实际材料行为相一致．